紧跟潮流---淡水的未来一瞥
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一本专门介绍镍及其应用的杂志 |
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WORLDWIDE DESALINATION capacity of 31 million cubic meters per day is projected to grow to 62 million by
2015. |
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THE COST OF DOUBLING worldwide desalination capacity by 2015 is estimated to be US$95 billion. |
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THERE ARE ABOUT 7,000 DESALINATION plants in the Middle East with a daily production capacity of
more than 100 cubic metres of fresh water. |
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HIGH PRESSURE PIPES in desalination plants are typically S32750 stainless steel, containing 7%
nickel. |
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HIGH PRESSURE PUMPS are also made of nickel-containing stainless steel. |
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DEMAND FOR high-nickel stainless steels in reverse osmosis plants such as this is almost
certain to increase. |
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THESE TUBES are made of S34565 stainless stell, containing 17% nickel. |
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Русский |
By Dr. Gerry Crawford
镍杂志，2005年11 -- 将盐水转化为淡水和饮用水的复杂工业过程如今在至少120个国家得到应用。
随着干旱地区以及淡水资源不足和枯竭的岛屿社区人口的增长，人们对海水和含盐水转化为饮用水的需求增强。
在2005年国际海水淡化学会海水淡化和水再利用国际大会上，沙特王国水资源和电力部长H.E.Abdullah Al Hussayen 在大会开幕式上作了主旨演讲，强调了在满足不断增长的对清洁淡水的需求方面，海水淡化和水资源管理的重要性。地球上水资源只有0.01%可再生并供人们安全使用。世界上每年因不安全的饮用水影响健康造成的损失可达3千亿美元。自1955年以来，人口增长、污染和气候变迁已经使人均可利用的淡水量减少50%以上。
正是由于这种趋势，海水淡化工工业正在经历快速增长。目前全世界海水淡化能力为每天3100万立方米，计划到2015年增长到6200万立方米/天。所增加的投资预计为950亿美元。
目前全球已有大约13600座海水淡化厂，每个工厂每天淡水产量超过100立方米。大约一半的海水淡化厂在中东，约20%在美国，13%在欧洲，12%在亚洲。
目前有5种商品化海水淡化工艺，最常用的是多级闪蒸（MSF）工艺和反渗透(RO)工艺，两者各占一半。这两种工艺均采用强度高和耐蚀性好的含镍材料。
由于全球每年为增加海水淡化能力投资数十亿美元，所以这个重要领域对高镍不锈钢的需求注定会增长。
含镍双相不锈钢、超双相不锈钢和超奥氏体不锈钢由于它们优异的耐腐蚀性和较高的强度而成为受欢迎的选材。目前仍为脱盐业主要用材的标准 S31603和 S31703不锈钢和铜镍合金（至少用于较低温度和氯化物环境中），无法确保所需要的长期可靠性。
虽然高镍不锈钢单位成本较高，但由于强度高，使用时材料厚度可减薄，从而减轻了重量并降低了成本，与现有材料相比颇具竞争力。随着新建大型设施设计寿命的延长（现在平均40年以上），寿命周期成本变得更加重要。
在2005年4月召开的美国腐蚀工程师协会（NACE）国际大会上，威廉-施莱克（Wilhelm Schleich）回顾了铜镍合金 C70600的性能并概述了它在海水设施中的应用。施莱克说，过去几十年里，已有数千吨的铜镍合金C70600用作海水管道材料。C70600合金的最显著的性能是抗生物附着性能和耐缝隙腐蚀和应力腐蚀断裂性能。施莱克承认，尽管C70600合金仍然是海水管道的合金选材，但这种材料对冲蚀腐蚀和电偶腐蚀敏感。但他强调这些缺点可在设计阶段消除。
2004年，奥托昆普公司（先前的阿维斯塔公司）公布了两份用于脱盐装置的镍合金的资料。对于多级闪蒸法（MSF）装置，建议如下：
- 冷凝器管（通常采用钛或铜镍合金） S31254, S32750和 S32654；
- 盐水加热器管和管板 — S32654；
- 闪蒸室外壳 S32205(免除喷漆，减少维护)和S31254,S32654(密封表面、法兰连接件)；
- “下游各段” S32205
对于反渗透（RO）装置，选材建议如下：
- 高压泵S31254, S32750（用于高氯化物环境）和S32205( 用于低氯化物环境)
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高压管道S32750
阿维斯塔普乐域公司（Avesta Polarit AB）的简-奥尔森 （Jan Olsson）等人在2003年的两篇NACE报告中，对各种不锈钢性能给出了一个有用的排序，按升序排列如下：S31603, S31703, S32205, N08904, S31254, S32750。
作者得出几个结论：
- 除非补给水已脱气，否则真的不应当使用S31603和S31703；
- S32205和N08904比S31603和S31703更好，但可能也会发生腐蚀；
- 高压管道需要采用超双相钢和超奥氏体6%钼合金；
- 焊接管会比无缝管便宜；
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超双相不锈钢S32507可以减小厚度、重量和成本。
简-奥尔森 （Jan Olsson）等人发表的关于整体双相不锈钢多级闪蒸室的第二篇文章，评述了多级闪蒸设备蒸发器材料所遇到的腐蚀问题，从低碳钢开始，到各种环氧树脂涂层、金属衬、以及不锈钢复合板。蒸发器壳较理想的选材是整体双相奥氏体-铁素体不锈钢2205。
由于S32205双相不锈钢的高强度，蒸发器容器可以制造得更薄、更轻 —比S31603设备轻和薄30%，对于利比亚一个16000m3/天的多级闪蒸厂来说，价格具有竞争力。这是自1993年日本横滨会议以来，S32205在蒸发器容器上的第一次商业化应用。在那次会议上，格罗思和奥尔森首次提出将整体双相不锈钢用于蒸发器容器。
在2005年国际海水淡化学会海水淡化和水再利用国际大会上，奥托昆普宣布节约型双相不锈钢用于Taweelah B 扩建项目和Jebel Alil项目的建设。这些工厂蒸发器底部暴露于脱气海水，将采用S32205双相不锈钢，蒸发器上部暴露于腐蚀性不强的冷凝液，将采用 S32101节镍型双相不锈钢。
含24%镍和20%铬的超奥氏体6%钼合金N08367已广泛用于海水处理设施。而2003年格拉布（Grubb）和格劳克（Gerlock）在NACE会议上发表一篇论文，论述N08367在反渗透工艺和多级闪蒸工艺海水淡化装置的应用。N08367作为一种具有竞争性的替代材料，被用来替代较传统的铜合金。铜合金有一些优点，包括高导热性，但铜合金会受到液体流动引起的冲蚀腐蚀，特别是在有硫化物和胺等污染物存在的情况下更是如此。
N08367比铜-镍合金价格高，但仍具竞争性，这是因为其截面可以更薄，重量更轻，因而成本更低。近年来，这种合金已被指定用于许多工厂，包括2002年在西半球的特立尼达最大的反渗透装置的关键预处理管道。该装置设计能力为109,000m 3/天。
2003年，弗朗西斯（Francis）和伯恩（Byrne）指出，锻造合金 S32760（含7%镍、25%铜和3。5%钼）自80年代中期以来，已在海水系统得到广泛应用。然而在消防水和海水冷却系统却发生了许多失效问题，大多数与焊缝处的腐蚀有关。这两位作者在其NACE论文中说，这些问题已经通过开发“批准合格”的焊接工艺规范避免焊缝处s 相的形成而克服（s 相会大大降低局部耐腐蚀性）。结果S32760现在被广泛接受用于反渗透工艺装置的管道及其它部件，其中包括多级闪蒸工艺装置的海水吸水管。
本杂志2001年的一篇文章中重点介绍了薄壁激光焊接 S34565奥氏体不锈钢用于多级闪蒸工艺装置热回收段蒸发室的管道，作为90/10铜-镍合金的一种经济的替代材料。S34565奥氏体不锈钢通常含17%镍、24%铬和4%钼。
本文以2001年Felton, Oldfield, Peet等人在NACE发表的文章为基础。他们指出电偶腐蚀发生在管道和管板之间的某些焊缝，需要进一步的研发工作来找出适合的管板材料。2002年他们在另一篇NACE文章中得出结论：与S34565合金制成的管道焊接在一起的最适合的管板材料还是S34565。
这篇最新文章并非对海水淡化工业用含镍合金最近几年的发展作综合评述，而是辨清了一些比较重要的选择并证实了复杂的海水淡化工业过程对含镍合金必不可少和不断增长的需求。
Dr. Gerry Crawford is a Toronto-based consultant to the Nickel Institute. Dr. Jim Fritz, a
Pittsburgh-based consultant to Nickel Institute, also made a valuable contribution to this
article.
照片来源: Nickel Institute
 Following, is a list of NACE technical papers (including reference numbers) that were used to compile
the above article. All of these papers are available from NACE
International. |
